JP2000004871A - 培養容器、及び培養容器内の試料を観察する顕微鏡 - Google Patents

培養容器、及び培養容器内の試料を観察する顕微鏡

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JP2000004871A JP10182547A JP18254798A JP2000004871A JP 2000004871 A JP2000004871 A JP 2000004871A JP 10182547 A JP10182547 A JP 10182547A JP 18254798 A JP18254798 A JP 18254798A JP 2000004871 A JP2000004871 A JP 2000004871A
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ring
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well plate
lens array
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Takashi Kasahara
隆 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェルプレート上の複数のウェルに収納されて
いる培養液中の試料を、好適に観察できるようにした培
養容器及び顕微鏡を提供すること。 【解決手段】光源側よりリング状の開口41,コンデン
サーレンズ42,レンズアレイ43,ウェルプレート4
4,対物レンズ45,位相板46の順に配置され、位相
板46の位相膜46aが、対物レンズ45の射出瞳位置
又は射出瞳と共役な位置にあるように構成されている。
培養容器は、レンズアレイ43とウェルプレート44で
構成され、それらの相対的な配置関係は、各レンズ43
aの光軸が、対向している各ウェル44aの中心線とほ
ぼ共軸になっている。また、リング状の開口41の開口
径は、この培養容器を光路中に配置しないときに使用す
るリング状の開口47の開口径よりも小さい。この構成
によって、培養液に負の屈折力が生じても、広範囲にわ
たって複数のウェル内の試料を観察することが可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、細胞培養に用いら
れる培養容器、及びその培養容器内の試料を観察する顕
微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】細胞を培養するために、井戸状、あるい
は凹形状をしている培養漕(以下、ウェルという)を複
数個配列した培養容器(以下、ウェルプレートという)
が知られている。また、ウェルの内径は様々であって、
内径が小さければ小さい程、一つのウェルプレートに配
列されているウェルの数が多くなる。そして、実際に
は、ウェルの内径が16.5mm以下、即ち24個以上
のウェルを配列したウェルプレートも知られている(例
えば、ベクソン・テキンソン社製のマルチウェルプレー
ト3047は24個、マイクロテストプレート3070は96
個)。
【0003】ところが、数多くの内径の小さなウェルを
有するウェルプレートで培養した細胞を位相差顕微鏡で
観察しようとすると、各ウェル内の培養液が液面の表面
張力で湾曲し、レンズ作用を起こしてしまうため、位相
差効果を得ることのできる範囲は、ウェルプレートの中
心部の一部の範囲に限られてしまう。また、当然のこと
ではあるが、この傾向は、ウェルの内径が小さい程、即
ちウェルプレートに配列されているウェルの数が多い程
大きくなり、96個のウェルを配列したウェルプレート
の場合には極めて顕著となる。
【0004】そこで、本出願人は、特開平8−5929
号公報において、その問題を解決するための方法(以
下、従来例という)を開示している。そして、その従来
例は、基本的には、顕微鏡の照明光学系に配置されてい
るコンデンサーレンズと上記のようなウェルプレートと
の間に、正屈折力を有するレンズ系を挿脱可能に配置す
ることにり、培養液の表面張力によって生じる負屈折力
を打ち消し、位相差効果の得られる範囲を広くして、顕
微鏡による位相差観察が好適に行えるようにしようとす
るものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来例は、基本的
には評価できるものである。しかしながら、実用化する
に際しては、いろいろな条件を考慮して、それらに対応
した好適な構成を考えておく必要がある。そこで、その
考慮すべき点の一つを、図5及び図6を用いて説明す
る。図5は、簡略的に示した従来例の構成図であり、図
6は従来例の問題点を説明するための図である。図5に
おいて、1は照明光学系に配置されたリング状の開口
(絞り)、2はコンデンサーレンズ、3は照明光学系の
光路に挿脱可能に配置された正屈折力を有するレンズ系
である。勿論、このレンズ系3は、レンズが1枚とは限
らない。また、4はウェルプレートであって、多数のウ
ェル5を配列しており、各ウェル5には培養液6が入っ
ている。更に、7は対物レンズ、8は位相板であって、
8aは位相膜である。
【0006】このような構成は、図6(a)に示すよう
に、ウェル5の内径の中心線5−Oとレンズ系3の光軸
3−Oが一致しているか、又はほぼ一致している状態の
場合には、充分に補正をすることが可能である。しか
し、図6(b)に示すように、ウェル5の内径の中心線
5−Oとレンズ系3の光軸3−Oが一致せず、可成り離
れた状態の場合には、充分に補正をすることができな
い。
【0007】そこで、従来例において、レンズ系3が装
着されたときに、その光軸が照明光学系の光軸に固定さ
れ、レンズ3(及びその光軸3−O)が移動できないよ
うに構成されている場合、ウエルの中の周辺部を観察し
ようとしてウェルプレート4を移動させたとすると、上
述のようにウェル5の中心線5−Oとレンズ系3の光軸
3−Oが合わない状態になる。そのため、充分に補正す
ることができず、周辺部の観察は非常に困難になる。ま
た、レンズ系3の光軸が照明光学系の光軸に固定されて
いない場合には、異なる複数のウェル5を順次観察する
ときに、その都度、レンズ系3とウェルプレート4を別
々に移動させて合わせるようにしなければならず、その
移動操作に時間が掛かり、作業性が極めて悪い。
【0008】更に、従来例においては、位相差効果の得
られる範囲を広げるために、2枚以上のレンズを使うこ
とによって、リング状の開口の投影位置と投影倍率の両
方を同時に補正するようにしているが、このように2枚
以上のレンズを使うことは、単独の正屈折力レンズを使
用する場合に比べてコストが割高になってしまう。
【0009】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、ウ
ェルプレートに配列された複数のウェルに収納されてい
る試料を、顕微鏡によって好適に観察できるようにした
培養容器を提供することである。また、そのような培養
容器を用いて、各試料の位相差観察を好適に行えるよう
にした顕微鏡を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の培養容器は、試料を収納する凹部が複数
個配列されたウェルプレートと、レンズアレイとを備え
た培養容器であって、前記レンズアレイは、各レンズを
前記凹部に対向させて前記凹部の開口部側に配置されて
おり、前記各レンズは、正の屈折力を有していて、その
光軸が、対向する前記凹部の中心軸とほぼ共軸となるよ
うにして配列されているようにする。また、上記の目的
を達成するために、本発明の顕微鏡は、光源と、コンデ
ンサーレンズとリング状の開口を有する照明光学系と、
観察光学系とを備え、培養容器内の試料を観察可能な顕
微鏡であって、前記培養容器は、試料を収納する凹部が
複数個配列されたウェルプレートと、レンズアレイとを
備えており、前記レンズアレイは、各レンズを前記凹部
に対向させて前記凹部の開口部側に配置されており、前
記各レンズは、正の屈折力を有していて、その光軸が、
対向する前記凹部の中心軸とほぼ共軸となるようにして
配列されており、また、前記顕微鏡の前記照明光学系の
光路中に、前記培養容器を使って試料を観察する時に用
いられる第1のリング状の開口と、前記培養容器を使わ
ずに試料を観察する時に用いられる第2のリング状の開
口とが交換可能に配置され、前記第1のリング状の開口
の大きさを前記第2のリング状の開口の大きさよりも小
さくするようにする。
【0011】
【発明の実施の形態】先ず、請求項1に記載された発明
について説明する。本発明の培養容器は、試料を収納す
る複数個のウェルが配列されているウェルプレートと、
各ウェルに対向させて各ウェルの開口部側に配置された
レンズアレイとから成り、レンズアレイに配列されてい
る各レンズは、正の屈折力を有していて、その光軸が、
対向する各ウェルの中心軸とほぼ合った状態(以下、ほ
ぼ共軸という)となるようにして構成されている。
【0012】そして、このような構成にしたことによ
り、各ウェル内の試料を顕微鏡(特に位相差顕微鏡)に
よって観察する場合には、各ウェルと各レンズを、ほぼ
共軸のまま同時に移動させることができるようになるこ
とから、ウェルの中の周辺部の観察において、充分な位
相差効果を得ることが可能になる。また、各ウェル内を
連続的に順次観察する場合には、従来のように、その都
度、各ウェルの中心軸を、正屈折力を有するレンズ系の
光軸に合わせる必要がないため、作業性が極めて良好に
なる。更に、レンズアレイを液晶レンズ等で構成した場
合には、屈折力を可変とすることができ、様々な培養液
の状態に対応させることが可能になる。
【0013】次に、請求項2に記載された発明について
説明する。本発明の顕微鏡は、コンデンサーレンズとリ
ング状の開口を有する照明光学系と、対物レンズを有す
る結像光学系(観察光学系)とを備えた倒立型位相差顕
微鏡であって、上記した構成の培養容器内の試料を観察
するのに好適な構成をした顕微鏡である。即ち、本発明
の顕微鏡は、上記した構成の培養容器を使って試料を観
察するときに用いる第1のリング状の開口と、上記培養
容器を使わずに試料を観察するときに用いる第2のリン
グ状の開口とを備えていて、第1のリング状の開口の大
きさを第2のリング状の開口よりも小さくしている。
【0014】従来の構成の顕微鏡によって上記の構成を
した培養容器内の試料を観察する場合、開口の投影位置
を補正すると投影倍率が大きくなってしまい、位相差用
対物レンズの位相膜には投影できなくなってしまう。そ
こで、本発明の顕微鏡においては、上記の培養容器を使
って試料を観察するときに用いるリング状の開口を、上
記培養容器を使わずに試料を観察するときに用いるリン
グ状の開口よりも小さくすることにより、開口を位相膜
に投影できるようにし、位相差効果の範囲を充分に得ら
れるようにしている。
【0015】また、上記の培養容器の構成のうち、ウェ
ルプレートとレンズアレイを、照明光路内に個別に挿脱
できるようにすると、一つのレンズアレイに対して複数
のウェルプレートを交換して順に観察することが可能に
なり、また、光路内にレンズアレイを挿入していない場
合には、ウェルプレートとして構成されていると否とに
かかわらず、内径の大きな培養容器内の試料を観察する
ことも可能になる。更に、リング状の開口の径は、レン
ズアレイを照明光路内に挿入している場合に用いる開口
の径をR1とし、レンズアレイを照明光路内に挿入して
いない場合に用いる開口の径をR2としたとき、0.1
<R1/R2<0.9の関係にあると好適であり、0.
25<R1/R2<0.75であると最適である。
【0016】
【実施例】以下、四つの実施例を、夫々の図面を用いて
詳細に説明する。 〔実施例1〕先ず、実施例1について説明する。図1に
示すように、本実施例の培養容器は、ウェルプレート1
1とレンズアレイ12で構成されている。ウェルプレー
ト11には、井戸状をした複数個のウェル11aが配列
されており、各ウェル11aの内部には、細胞を培養す
るために、円形の開口部から培養液13が入れられてい
る。
【0017】レンズアレイ12は、各ウェル11aの開
口部側に配置されていて、複数のレンズ12aを、各ウ
ェル11aの開口部に夫々対向させるようにして配列さ
せている。そして、各レンズ12aは、正の屈折力を有
しており、その光軸が、対向する各ウェル11aの内径
の中心軸とほぼ共軸となるようにされている。また、レ
ンズアレイ12は、図示していない適宜な手段によっ
て、図1に示したような、ウェルプレート11との相対
的な位置関係を維持することができるようになってお
り、培養液13の出し入れ等を行うときには、両者を離
すことができるようになっている。
【0018】本実施例の培養容器は、このように構成さ
れているから、ウェル11a内の細胞を観察する場合に
は、ウェルプレート11とレンズアレイ12とを、図1
の状態のまま顕微鏡にセットする。そのため、培養器1
3の液面の表面張力によって生じる負の屈折力を、レン
ズ12aの正の屈折力で打ち消すことが可能になる。ま
た、そのとき、各レンズ12aの光軸は、各ウェル11
aの内径の中心軸とほぼ共軸であるため、ウェルプレー
ト11の広い範囲にわたって多数のウェル11a内を位
相差観察することが可能である。更に、ウェルプレート
11上の複数のウェル11a内を、順に観察していくよ
うにする場合には、ウェルプレート11とレンズアレイ
12とを一緒に移動させることができるため、異なるウ
ェル11a内を観察するたびに、各ウェル11aの内径
の中心軸を、正の屈折力を有するレンズ系の光軸に合わ
せる必要がない。
【0019】尚、ウェル11aを24〜96個有し、各
ウェル11aの内径が5〜16.5mmのウェルプレー
ト11を用いる場合には、各レンズ12aの焦点距離
を、10〜150mmにすると所期の効果が得られる。
しかし、20〜50mmにすると最適である。また、本
実施例の培養容器は、ウェルプレート11の必要なウェ
ル11a内を観察した後、レンズアレイ12のみを顕微
鏡にセットしたままにし、ウェルプレート11を、他の
ウェルプレートと交換して、観察を続けられるようにし
ても差し支えない。更に、本実施例の各レンズ12a
は、各ウェル11a側に平面を向けた平凸レンズでる
が、各ウェル11a側に凸面を向けた平凸レンズや両凸
レンズとしても差し支えないし、正の屈折力を有するメ
ニスカスレンズとしても差し支えない。また、培養液1
3の液面に形成される形状は、正確には球面ではないた
め、それらの各レンズ面を非球面にすると効果的であ
る。
【0020】〔実施例2〕次に、実施例2を、図2を用
いて説明する。図2(a)は、本実施例の培養容器の全
体構成を示した断面図であり、図2(b)は図2(a)
に示した二つの電極の斜視図である。本実施例の培養容
器は、ウェルプレート11とレンズアレイ22で構成さ
れている。このうち、ウェルプレート11の構成と培養
液13については、実施例1の場合と全く同じであるた
め、同じ符号を付けてある。従って、それらについての
詳細な説明は省略する。
【0021】本実施例におけるレンズアレイ22は、液
晶レンズであって、液晶22aの両面には、各レンズ部
22a′となる複数個の円形の開口領域を残すようにし
て、電極22b,22cが取り付けられており、それら
の各レンズ部22a′の光軸は、各ウェル11aの内径
の中心軸とほぼ共軸となるようにされている。そして、
このレンズアレイ22は、電極22b,22cに対する
印加電圧を変えると、各レンズ部22a′の焦点距離が
変化するようになっている。尚、このような液晶レンズ
については、例えば、1998年2月13日発行の光設
計研究グループNo.15における49〜54頁の記載な
どで知られている。従って、その詳細な説明は省略す
る。
【0022】周知のように、培養液13の液面に生じる
負屈折力は、培養液の量や濃度等の条件によって変化す
る。従って、それを最適に打ち消すためには、正屈折力
を補正できるようにすることが好ましい。その点、本実
施例によれば、印加電圧を変えることによって、各レン
ズ部22a′の焦点距離を変化させることができるの
で、最適な正屈折力を得られるように補正することが可
能である。また、液晶レンズは、電極22b,22cを
一組だけで構成すれば、各レンズ部22a′の焦点距離
を一律に変化させることができるし、また、各レンズ部
22a′ごとに別々の電極を設けた場合には、焦点距離
を個別に変化させることも可能になる。
【0023】尚、本実施例のレンズアレイ22の場合
も、必要に応じてウェルプレート11から取り外せるよ
うに構成することによって、実施例1の説明で述べたよ
うに、レンズアレイ22を顕微鏡にセットしたままに
し、ウェルプレート11のみを、他のウェルプレートと
交換して、観察できるようにすることが可能である。そ
の場合、交換した他のウェルプレートの培養液の状態に
よって、その都度、正屈折力を補正することができるか
ら、本実施例のレンズアレイ22の方が、実施例1のレ
ンズアレイ12の場合よりも好都合である。
【0024】〔実施例3〕次に、実施例3を、図3を用
いて説明する。図3は、本実施例の培養容器の全体構成
を示した断面図である。本実施例の培養容器は、ウェル
プレート11とレンズアレイ32で構成されている。こ
のうち、ウェルプレート11の構成と培養液13につい
ては、上記の各実施例の場合と同じであるため、同じ符
号を付け、説明を省略する。本実施例におけるレンズア
レイ32は、液体レンズであって、平行平板32aと、
各レンズ部となる複数個の開口領域に弾性材料32bを
配置した平行平板32cと、それらの平行平板32a,
32cの間に挿入された液体32dとで構成されてい
る。
【0025】このように、本実施例のレンズアレイ32
は、液体レンズであることから、二つの平行平板32
a,32cの相互の間隔を変えることによって、各レン
ズ部の正の屈折力を補正できるようになっている。即
ち、二つの平行平板32a,32cの間隔を狭くする
と、液体32dは各弾性材料32bを押し、正屈折力は
大きくなる。尚、このような各レンズ部の光軸が、各ウ
ェル11aの内径の中心軸とほぼ共軸となるようにされ
ていることは、上記の各実施例の場合と同じである。従
って、本実施例の構成の場合には、各レンズ部ごとに、
焦点距離を変化させることはできないが、その他の点に
ついては、実施例2で述べたことが本実施例においても
適用される。
【0026】〔実施例4〕次に、実施例4を、図4を用
いて説明する。上記の各実施例は、いずれも培養容器に
関するものであったが、本実施例は顕微鏡に関するもの
であって、図4は、既に説明した図5と同じようにし
て、その構成を簡略的に示したものである。本実施例の
顕微鏡は倒立型位相差顕微鏡であって、光源側よりリン
グ状の開口41,コンデンサーレンズ42,レンズアレ
イ43,ウェルプレート44,対物レンズ45,位相板
46の順に配置され、位相板46の位相膜46aが、対
物レンズ45の射出瞳位置又は射出瞳と共役な位置にあ
るように構成されている。
【0027】このような構成の本実施例においても、レ
ンズアレイ43とウェルプレート44との相対的な配置
関係は、各レンズ43aの光軸が、対向している各ウェ
ル44aの中心線とほぼ共軸になるようにされているこ
とは言うまでもない。また、レンズアレイ43とウェル
プレート44とを別々にすることが可能になっているた
め、本実施例の顕微鏡は、レンズアレイ43だけを単独
で光路中に装脱できるようになっている。従って、その
ようにレンズアレイ43だけを単独で光路中に装着した
場合には、レンズアレイを備えていない他のウェルプレ
ートを光路内に挿入させ、各ウェル内を観察できるよう
にもなっている。
【0028】このような本実施例の構成においては、正
の屈折力を有するレンズアレイ43を配置したことによ
って、リング状の開口の投影位置は補正されることにな
るが、投影倍率は、レンズアレイ43を挿入しない場合
のようには得られなくなる。そこで、本実施例において
は、リング状の開口41の開口径を、レンズアレイ43
を光路中に挿入しない場合に用いるリング状の開口47
の開口径よりも小さくしている。そのため、投影倍率の
変化分が補正され、リング状の開口41を、位相差膜4
6aに投影することが可能になっている。
【0029】また、本実施例の場合、ウェル44a内の
液面のレンズ作用による焦点距離は−11.3mm、レ
ンズ43aの焦点距離は23.9mmで、レンズアレイ
43及びウェルプレート44が光路中に配置されていな
いときのリング状の開口41の投影倍率は−0.46
倍、レンズアレイ43及びウェルプレート44が光路中
に配置されているときのリング状の開口47の投影倍率
は−1.1倍である。また、リング状の開口47の開口
径をR1とし、リング状の開口41の開口径をR2とし
たとき、R1/R2=0.42である。
【0030】リング状の開口の投影倍率は、ウェル44
aの内径,培養液の濃度などによって負屈折力が変わっ
た場合にも変化するし、培養液の液面からレンズ43a
までの距離が変わっても変化するが、0.1<R1/R
2<0.9の範囲で効果が得られ、0.25<R1/R
2<0.75の範囲で最適となる。R1/R2>0.9
であると、投影倍率の変化に対して補正効果はなく、
0.1>R1/R2であると、投影倍率の変化に対して
径が小さすぎてしまう。
【0031】以上、説明したことからも明らかなよう
に、各請求項に記載の構成のほか、以下に示す構成も本
願発明の特徴である。 (1)前記各レンズの屈折力が可変であることを特徴と
する請求項1に記載の培養容器。 (2)前記各レンズの屈折力が個々に可変であることを
特徴とする前記(1)に記載の培養容器。 (3)同じ配列位置にある少なくとも一つのレンズの屈
折力が異なっている別のレンズアレイを備えていて、前
記レンズアレイと交換可能にしたことを特徴とする請求
項1に記載の培養容器。 (4)前記レンズアレイは前記顕微鏡の観察光路から挿
脱可能に配置され、前記レンズアレイが観察光路中に配
置されている場合は前記第1のリング状の開口が使用さ
れ、前記レンズアレイが観察光路中に配置されていない
場合は前記第2のリング状の開口が使用されることを特
徴とする請求項2に記載の顕微鏡。 (5)前記第1のリング状の開口の径をR1、前記第2
のリング状の開口の径をR2とするとき、以下の条件を
満足することを特徴とする請求項2又は前記(4)に記
載の顕微鏡。 0.1<R1/R2<0.9
【0032】
【発明の効果】上記のように、本発明の培養容器及び顕
微鏡によれば、ウェルプレートに配列されているウェル
の数が多くて、ウェルの開口部が小さいために、培養液
に負の屈折力が生じてしまうような場合でも、広範囲に
わたって複数のウェル内の試料を、好適に観察すること
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の培養容器の全体構成を示した断面図
である。
【図2】実施例2の培養容器を示したものであって、図
2(a)は培養容器の全体構成を示した断面図であり、
図2(b)は図2(a)に示した二つの電極の斜視図で
ある。
【図3】実施例3の培養容器の全体構成を示した断面図
である。
【図4】実施例4の顕微鏡の構成図である。
【図5】従来例の顕微鏡の構成図である。
【図6】従来例の問題点を説明するための図であって、
図6(a)は好ましい状態を示したものであり、図6
(b)は好ましくない状態を示したものである。
【符号の説明】
1,41,47 リング状の開口 2,42 コンデンサーレンズ 3 レンズ系 4,11,44 ウェルプレート 5,11a,44a ウェル 6,13 培養液 7,45 対物レンズ 8,46 位相板 8a,46a 位相膜 12,22,32,43 レンズアレイ 12a,43a レンズ 22a 液晶 22a′ レンズ部 22b,22c 電極 32a,32c 平行平板 32b 弾性材料 32d 液体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を収納する凹部が複数個配列された
    ウェルプレートと、レンズアレイとを備えた培養容器で
    あって、前記レンズアレイは、各レンズを前記凹部に対
    向させて前記凹部の開口部側に配置されており、前記各
    レンズは、正の屈折力を有していて、その光軸が、対向
    する前記凹部の中心軸とほぼ共軸となるようにして配列
    されていることを特徴とする培養容器。
  2. 【請求項2】 光源と、コンデンサーレンズとリング状
    の開口を有する照明光学系と、観察光学系とを備え、培
    養容器内の試料を観察可能な顕微鏡であって、前記培養
    容器は、試料を収納する凹部が複数個配列されたウェル
    プレートと、レンズアレイとを備えており、前記レンズ
    アレイは、各レンズを前記凹部に対向させて前記凹部の
    開口部側に配置されており、前記各レンズは、正の屈折
    力を有していて、その光軸が、対向する前記凹部の中心
    軸とほぼ共軸となるようにして配列されており、前記顕
    微鏡の前記照明光学系の光路中に、前記培養容器を使っ
    て試料を観察する時に用いられる第1のリング状の開口
    と、前記培養容器を使わずに試料を観察する時に用いら
    れる第2のリング状の開口とが交換可能に配置され、前
    記第1のリング状の開口の大きさを前記第2のリング状
    の開口の大きさよりも小さくしたことを特徴とする顕微
    鏡。
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